基于抗疏力的土壤處理劑對膨脹土的改良試驗

郭曉宏　周文文　呂錦雄

(西南科技大學環境與資源學院　四川綿陽　621010)

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基于抗疏力的土壤處理劑對膨脹土的改良試驗

郭曉宏周文文呂錦雄

(西南科技大學環境與資源學院四川綿陽621010)

摘要：為減小膨脹土遇水膨脹、失水收縮的特性在工程建設中對建筑物的危害，在室內采用基于抗疏力的啟培抗疏力處理劑對膨脹土的抗膨脹性進行改良試驗，通過自由膨脹率和無荷載線膨脹率兩項指標評價改良效果。試驗發現依次摻入質量分數2%，4%，8%，12%和20%的處理劑時，膨脹土的自由膨脹率和線膨脹率均呈逐漸降低趨勢，但處理劑摻入量超過12%后，對膨脹性的影響則趨于弱化。適量的啟培抗疏力處理劑對膨脹土的抗膨脹性有顯著的改良效果。

關鍵詞：膨脹土啟培抗疏力處理劑抗膨脹性

膨脹土是一種高塑性黏土，主要由蒙脫石、伊利石和高嶺石等親水性礦物成分組成。膨脹土的脹縮特性區別于一般的黏土，主要表現為土體含水量升高會使得土體的體積急劇膨脹、強度急劇降低；土體含水量降低使得土體的體積收縮、發生收縮裂隙[1]。膨脹土在我國的分布范圍很廣，如廣西、云南、河南、湖北、四川、陜西、河北、安徽、江蘇等地均有不同范圍的分布。

天然條件下的膨脹土含水率一般處于非飽和狀態，具有較好的工程力學性質，容易被定為良好的地基土。而膨脹土的特殊脹縮性會使地基土體的結構隨含水率變化發生破壞，進而導致土體的強度下降，使修建在膨脹土地基上的建筑物受到威脅、公路路基發生下陷、邊坡發生溜坍等，而且構成的破壞是不易修復的，將會嚴重危害人民的生命和財產安全[2]。近年來，針對膨脹土造成的工程問題這一世界級難題，國內外巖土工作者運用地質勘察、現場試驗、室內試驗、大型靜力模型、離心模型試驗、數值分析等多種研究手段，有效地解決了膨脹土邊坡穩定關鍵問題，在膨脹土的破壞機理、膨脹土的現場快速判別、膨脹土的強度指標及其試驗方法、穩定分析方法以及土體改良等方面均取得了突破性的進展[3]。

目前膨脹土改良方法的研究主要有物理方法(摻纖維和風化砂改良等)、化學方法(石灰、水泥、二灰土、固化劑和改性劑改良等)、生物技術改良及利用固體廢棄物改良等[4]?，F有改良方法大都會受到成本和施工工藝的制約，而基于抗疏力的化學改良方法則憑借著施工便捷、造價低廉的優勢，在黃土工程性質改良、黃土型路基強化、路面土體改良等道路建設工程中取得了一定成功[5-8]。啟培抗疏力處理劑是一種新型有機土壤處理劑，該處理劑具有環保無毒、成本較低、對土體的抗水化效果優良等特點。一般的土壤固化劑靠黏結形成板塊，而啟培抗疏力土壤處理劑則通過在土壤內添加“抗疏力土壤穩定劑”改變土體排列組合，提高土體密實度，阻斷水進入土體，以此穩定土體，提高土體強度。啟培抗疏力處理劑在實際的工程問題中破解了多項世界性難題，該技術在保持原有道路修筑領域優勢基礎上開創了泥石流、山體滑坡、荒山荒坡、磷石膏環保貯存等環境治理的新模式，在國際上引起了廣泛關注[9]。在室內條件下利用啟培抗疏力處理劑對膨脹土進行改良試驗，成本較低，操作簡便，如果改良效果能夠達到一定的預期，那么基于抗疏力對膨脹土進行改良則是可行的，這將進一步擴展啟培抗疏力土壤處理劑在實際工程問題中的應用，具有重要的現實意義和經濟意義。

根據《膨脹土地區建筑技術規范》(GB 50112-2013)[10]，膨脹土級別分類方法見表1。試驗根據《公路土工試驗規程》(JTG E40-2007)[11]，采用自由膨脹率和無荷載膨脹率兩項指標來評價膨脹土的的膨脹性。

表1　膨脹土級別

1試驗

1.1材料與儀器

為模擬工程實際中的膨脹土，需對不同膨脹級別的樣品進行測試。試驗采用膨潤土和黏土按不同比例組合配制膨脹土樣品，具體配比參數見表2。其中膨潤土由四川省三臺縣大予膨潤土礦業有限公司提供，天然含水率為10.15%，蒙脫石含量達到83.77%；黏土采用綿陽市本地常見的粉質黏土；試驗用抗疏力處理劑為四川和天下科技有限公司生產的無色透明液體狀的啟培抗疏力處理劑。

表2　樣品配比參數表

自由膨脹率試驗儀器主要有10 mL量土杯、無頸漏斗、支架、50 mL量筒和玻璃棒；擊實試驗采用南京土壤儀器有限公司生產的JDS-1型電動數控擊實儀；無荷載膨脹率試驗采用土壤儀器有限公司生產的數顯膨脹儀。土樣烘焙采用北京市永光明醫療儀器有限公司生產的101型電熱鼓風干燥箱。

1.2試驗方案

試驗采用自由膨脹率作為評價膨脹土膨脹性的主要指標，為增加試驗可靠性，同時進行無荷載膨脹率試驗測出線膨脹率作為評價膨脹性的參考指標[12]。

按表2所示配比參數在室溫條件下配制膨潤土含量不同的膨脹土。而后分別加入質量分數2%，4%，8%，12%，20%的啟培抗疏力處理劑對膨脹土進行處理。

自由膨脹率試驗：將處理好的膨脹土過0.5 mm篩，分別取50 g過篩土為一組，放入干燥箱內，在105 ℃下烘至恒量，取出放入真空干燥器內冷卻至室溫備用。采用10 mL的量土杯裝入樣品，并稱其質量，每一土樣平行測定3次，稱量差值不得超過0.1 g。將稱好的試樣放入50 mL的量筒中并加水攪拌，靜置待膨脹穩定后讀取數據，可計算出各土樣的自由膨脹率。

擊實試驗：將處理過的膨脹土按照四分法準備5個試樣(每個樣品2 400 g)，分別配制不同水分(按2%含水率遞減)的土樣，拌勻后用濕抹布悶料12 h備用。取制備好的土樣，分3次倒入桶內(每次800 g)并整平，每層用JDS-1型電動數控擊實儀重錘擊打97下。擊實完成后可計算得到土樣最優含水率和最大干密度，為后續的無荷載膨脹率試驗提供數據。

無荷載膨脹率試驗：按照已測得的樣品最佳含水率和最大干密度配制各組試驗樣品，并添加不同比例的啟培抗疏力處理劑，樣品制成標準環刀大小的試件(直徑61.8 mm，高度20 mm左右)，采用數顯膨脹儀進行無荷載膨脹率試驗，測得各樣品的線膨脹率。

2試驗結果與分析

2.1試驗結果

通過對6組膨脹土樣品進行自由膨脹率試驗和無荷載膨脹率試驗，試驗結果如表3、表4、圖1和圖2所示。

表3　摻入不同比例啟培抗疏力處理劑后的自由膨脹率

表4　摻入不同比例啟培抗疏力處理劑后的線膨脹率

圖1　啟培抗疏力處理劑的

圖2　啟培抗疏力處理劑的

2.2試驗結果分析

由表3和圖1可知，在不加入處理劑的情況下，樣品1，2，3，4，5，6的自由膨脹率隨著膨潤土含量的降低而減小，這說明膨脹土自由膨脹率的大小與蒙脫石含量呈正相關。

啟培抗疏力處理劑抑制膨脹土的自由膨脹率效果明顯，隨著處理劑用量的增加，樣品的自由膨脹率呈降低趨勢。如3號樣品原始自由膨脹率為107%，分別加入質量分數2%，4%，8%，12%和20%的處理劑后，其自由膨脹率依次降為82%，67.5%，49.5%，37%和35.5%。當處理劑用量超過12%后，對膨脹土自由膨脹率的影響則不明顯。說明啟培抗疏力處理劑對膨脹土的處理效果受到一定的限制。

工程上將自由膨脹率≥40%的土判定為潛勢的膨脹土[13]，由表3和圖1可知，加入2%啟培抗疏力處理劑可有效改良弱潛勢膨脹土(5號樣品)；加入4%啟培抗疏力處理劑可有效改良中等潛勢膨脹土(4號樣品)；加入12%啟培抗疏力處理劑可有效改良部分強潛勢膨脹土(3號樣品)。說明摻入適量的處理劑時，可使部分高、中、低膨脹性的膨脹土達到無膨脹性的效果。

由表4和圖2可知，在不加入處理劑的情況下，樣品1，2，3，4，5，6的線膨脹率依次降低。說明膨潤土含量與線膨脹率呈正相關，這與自由膨脹率試驗結果吻合。

隨著處理劑用量的增加，樣品的線膨脹率逐漸降低。如3號樣品，在不加入處理劑時線膨脹率為76.71%；分別加入2%，4%，8%，12%和20%的處理劑后，線膨脹率依次降低到44.26%，30.11%，26.55%，23.99%和22.51%，與自由膨脹率試驗的現象是一致的。同樣，隨著摻入量超過12%，處理劑對膨脹土線膨脹率的影響也受到限制而趨于弱化。

3結論

(1)研究發現，隨著膨脹土中膨潤土(蒙脫石含量83.77%)含量的增加，膨脹土的自由膨脹率、線膨脹率隨之增大。(2)啟培抗疏力處理劑對膨脹土的膨脹性具有顯著的抑制作用。依次加入質量分數2%，4%，8%，12%和20%的啟培抗疏力處理劑時，膨脹土樣品的自由膨脹率和線膨脹率都會呈現出遞

減趨勢，但當用量超過12%后，處理劑對膨脹性的抑制效果有局限性，所以可初步確定啟培抗疏力處理劑的摻量在12%左右時對膨脹土的改良效果最佳。(3)摻入2%啟培抗疏力處理劑可使弱膨脹土(自由膨脹率≤58.5%)的自由膨脹率降至27%以下；摻入4%啟培抗疏力處理劑可使中等膨脹土(自由膨脹率≤78.5%)的自由膨脹率降至34.5%以下；12%啟培抗疏力處理劑可使強膨脹土(自由膨脹率≤107%)的自由膨脹率降至37%以下。(4)根據試驗可初步判定，啟培抗疏力處理劑對膨脹土的抗膨脹性具有較好的改良效果。

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A Modified Test of Expansive Soil Based on CONSOLID Soil Treatment Agent

GUO Xiao-hong， ZHOU Wen-wen， LV Jin-xiong

(SchoolofEnvironmentandResources,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010，Sichuan,China)

Abstract:To reduce the hazards to buildings in engineering construction about expansive soil characteristics, water swelling and dehydration contraction, in laboratory the modified tests was uesd to the anti-swellable of expansive soil by Qi Pei CONSOLID treatment agent which is based on CONSOLID, and evaluates improvement effect by two indexes, free expansion coefficient and non-load linear expansion coefficient. It was found that the sequential incorporation of 2%, 4%, 8%, 12% and 20% of the treatment agent, free expansion coefficient and linear expansion coefficient of expansive soils show a decreasing trend, when the treatment agent is incorporated amount exceeds 12%, the impact on the expansion of it tended to weaken. Tests show the right amount of Qi Pei CONSOLID treatment agent can improve the anti-swelling of expansive manifestly.

Key words:Expansive soil；Qi Pei CONSOLID treatment agent；Improvement；Anti-expansion

中圖分類號：TU443

文獻標志碼：A

文章編號：1671-8755(2016)01-0040-04

作者簡介:郭曉宏，男，碩士研究生，研究方向為巖土工程。E-mail：nkagxh@163.com

收稿日期：2015-06-15